[发明专利]一种高氮奥氏体不锈钢的制备方法

说明书

本发明公开一种高氮奥氏体不锈钢的制备方法，具体步骤是：将试样装夹在高压/真空感应区域熔炼炉中，试样从感应线圈中间穿过，炉内抽真空至真空度不高于100Pa，之后充入氮气，氮气压力为1.0×10⁵Pa~1.0×10⁶Pa，高压/真空感应区域熔炼炉内的感应线圈加热试样温度到1450℃~1650℃使试样熔化为钢液，钢液在感应线圈的电磁力作用下悬浮于感应线圈上方，钢液的悬浮高度距离熔断截面1mm~20mm，试样以10~100mm/min的速度穿过感应线圈，感应线圈上方凝固得到高氮奥氏体不锈钢；适用于提高钢中氮含量，能在现有技术的基础上进一步提高钢中含氮量，为高氮钢的制备提供了一种新的思路。

技术领域

本发明涉及一种高氮奥氏体不锈钢的制备方法，属于高氮钢冶炼技术领域。

背景技术

氮合金化对不锈钢有诸多益处:首先，氮合金化能够显著提高不锈钢的强度，但不降低塑性；其次，氮是强烈的奥氏体稳定化元素，可以减少甚至取代不锈钢中的镍，经济效益显著；此外，氮合金化还能提高不锈钢的耐蚀性能。氮含量超过常规熔炼条件下钢所能达到的上限的钢(铁素体基体约为0.08%，奥氏体基体约为0.4%)称为高氮钢，由于氮在奥氏体中的溶解度远大于其在铁素体、马氏体中的溶解度，氮合金化的研究工作更多地是围绕高氮奥氏体不锈钢展开。目前不锈钢的氮合金化主要基于液相渗氮工艺和固溶渗氮工艺。

针对不锈钢进行氮合金化，首先要考虑的问题是如何提高氮含量。一般的液相渗氮中，通过加压能使溶入的氮达到较高的含量，但在随后的冷却过程中，由于冷却速度较慢，固态相变过程中会经过“铁素体肼”区域，使已经溶入的氮气再次逃逸出来，并在铸锭中形成气泡。而在固溶渗氮中，氮含量虽然较高，但渗氮时间长，一般长达几小时到几十小时。

发明内容

针对氮合金化的现有技术中存在的缺陷，液态条件下合金化易形成气泡，固态条件下所需时间长，本发明提供一种方法能迅速提高氮含量，并有效防止气孔形成的问题，达到增氮的目的。

一种高氮奥氏体不锈钢的制备方法使用的设备为高压/真空感应区域熔炼炉，包括炉盖1、感应线圈4、样品架6、牵引装置7、炉底8、下锁紧圈9、炉体10、上锁紧圈11、充气口12、压力表13、排气口14，炉底8、炉体10、炉盖1从下往上依次设置，炉底8与炉体10连接处设有下锁紧圈9，用于紧固连接炉底8与炉体10，炉体10与炉盖1连接处设有上锁紧圈11，用于紧固连接炉体10与炉盖1，炉盖1上还设置有压力表13、排气口14，排气口14设置在炉盖1顶部，感应线圈4、样品架6设置在炉体10内部，感应线圈4设置在样品架6中间并固定在炉体10内壁上，感应线圈4外接加热电源，牵引装置7从底部穿过炉底8后与样品架6的下端连接，牵引装置7顶部连接不锈钢原材料试样5，不锈钢原材料试样5底部设置在样品架6下端，不锈钢原材料试样5从感应线圈4中间穿过。

一种高氮奥氏体不锈钢的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将不锈钢原材料试样5两端装夹在高压/真空感应区域熔炼炉的样品架6上下两端并从感应线圈4中间穿过，装上后不锈钢原材料试样5顶端距感应线圈约30mm，盖紧炉盖1，锁紧高压/真空感应区域熔炼炉的上锁紧圈11，将炉盖1与炉体10紧密连接闭合，开启真空泵抽真空至炉内真空度不高于100Pa；

（2）往炉内充入氮气至压力为1.0×10⁵Pa~1.0×10⁶Pa；

（3）打开感应线圈4的加热电源将感应线圈4加热，将接近感应线圈4的不锈钢原材料试样5加热至温度为1450℃~1650℃后使不锈钢原材料试样5在熔区3熔化，熔化后的钢液在感应线圈4的电磁力作用下悬浮于感应线圈4上方，钢液的悬浮高度距离熔断截面1mm~20mm，氮气在高压条件下溶解进入钢液中；